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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024097102
(43)【公開日】2024-07-18
(54)【発明の名称】太陽電池装置
(51)【国際特許分類】
H10K 39/10 20230101AFI20240710BHJP
G02B 5/00 20060101ALI20240710BHJP
G02B 5/26 20060101ALI20240710BHJP
G02B 5/20 20060101ALI20240710BHJP
【ＦＩ】
H01L31/04 120
G02B5/00 Z
G02B5/26
G02B5/20
【審査請求】未請求
【請求項の数】10
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021081112
(22)【出願日】2021-05-12
(71)【出願人】
【識別番号】502356528
【氏名又は名称】株式会社ジャパンディスプレイ
(71)【出願人】
【識別番号】504176911
【氏名又は名称】国立大学法人大阪大学
(74)【代理人】
【識別番号】110001737
【氏名又は名称】弁理士法人スズエ国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】冨岡 安
(72)【発明者】
【氏名】岡 真一郎
(72)【発明者】
【氏名】小橋 淳二
(72)【発明者】
【氏名】吉田 浩之
【テーマコード（参考）】
2H042
2H148
5F151
5F251
【Ｆターム（参考）】
2H042AA02
2H042AA21
2H148AA01
2H148AA18
2H148AA25
2H148FA01
2H148FA04
2H148FA09
2H148FA12
2H148FA22
2H148FA24
5F151AA01
5F151AA07
5F151AA11
5F151BA03
5F151CB13
5F151CB14
5F151CB15
5F151DA04
5F151FA02
5F151FA04
5F151FA06
5F151HA13
5F151JA04
5F151JA09
5F251AA01
5F251AA07
5F251AA11
5F251BA03
5F251CB13
5F251CB14
5F251CB15
5F251DA04
5F251FA02
5F251FA04
5F251FA06
5F251HA13
5F251JA04
5F251JA09
(57)【要約】 （修正有）
【課題】光の利用効率を向上することが可能な太陽電池装置を提供する。
【解決手段】太陽電池装置１００は、第１主面Ｆ１と、第２主面Ｆ２と、側面Ｆ３と、を有する光導波部１と、コレステリック液晶３を有し、光導波部１を介して入射した光の少なくとも一部を光導波部１に向けて反射する光学素子３と、第１光電変換素子５１と、第２光電変換素子５２と、を備え、第１光電変換素子５１の厚さは、第２光電変換素子５２の厚さより厚い。
【選択図】図１
【解決手段】太陽電池装置１００は、第１主面Ｆ１と、第２主面Ｆ２と、側面Ｆ３と、を有する光導波部１と、コレステリック液晶３を有し、光導波部１を介して入射した光の少なくとも一部を光導波部１に向けて反射する光学素子３と、第１光電変換素子５１と、第２光電変換素子５２と、を備え、第１光電変換素子５１の厚さは、第２光電変換素子５２の厚さより厚い。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
第１主面と、前記第１主面と対向する第２主面と、側面と、を有する光導波部と、
前記第２主面と対向し、コレステリック液晶を有し、前記光導波部を介して入射した光の少なくとも一部を前記光導波部に向けて反射する光学素子と、
前記側面と対向する第１光電変換素子と、
前記第１主面及び前記第２主面の少なくとも一方と対向し、前記側面に沿った帯状に形成された第２光電変換素子と、を備え、
前記第１光電変換素子の厚さは、前記第２光電変換素子の厚さより厚い、太陽電池装置。
前記第２主面と対向し、コレステリック液晶を有し、前記光導波部を介して入射した光の少なくとも一部を前記光導波部に向けて反射する光学素子と、
前記側面と対向する第１光電変換素子と、
前記第１主面及び前記第２主面の少なくとも一方と対向し、前記側面に沿った帯状に形成された第２光電変換素子と、を備え、
前記第１光電変換素子の厚さは、前記第２光電変換素子の厚さより厚い、太陽電池装置。
【請求項2】
前記第１光電変換素子のｐｉｎ層は、ｎ型半導体層、空乏層、及び、ｐ型半導体層が積層されたヘテロ接合型であり、
前記第２光電変換素子の活性層は、電子供与体と電子受容体とが混合されたバルクヘテロ接合型である、請求項１に記載の太陽電池装置。
前記第２光電変換素子の活性層は、電子供与体と電子受容体とが混合されたバルクヘテロ接合型である、請求項１に記載の太陽電池装置。
【請求項3】
さらに、前記光導波部を囲むフレームを備え、
前記第２光電変換素子は、前記第１主面及び前記第２主面の少なくとも一方において枠状に形成され、前記フレームに重畳している、請求項１に記載の太陽電池装置。
前記第２光電変換素子は、前記第１主面及び前記第２主面の少なくとも一方において枠状に形成され、前記フレームに重畳している、請求項１に記載の太陽電池装置。
【請求項4】
前記光学素子は、赤外線の少なくとも一部を反射し、
前記第１光電変換素子及び前記第２光電変換素子は、赤外線を受光して発電する、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の太陽電池装置。
前記第１光電変換素子及び前記第２光電変換素子は、赤外線を受光して発電する、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の太陽電池装置。
【請求項5】
第１主面と、前記第１主面と対向する第２主面と、側面と、を有する光導波部と、
前記第２主面と対向し、コレステリック液晶を有し、前記光導波部を介して入射した光の少なくとも一部を前記光導波部に向けて反射する光学素子と、
前記側面と対向する第１光電変換素子と、
前記第１主面及び前記第２主面の少なくとも一方に対向し、前記側面に沿った帯状に形成された波長変換層と、
を備えている、太陽電池装置。
前記第２主面と対向し、コレステリック液晶を有し、前記光導波部を介して入射した光の少なくとも一部を前記光導波部に向けて反射する光学素子と、
前記側面と対向する第１光電変換素子と、
前記第１主面及び前記第２主面の少なくとも一方に対向し、前記側面に沿った帯状に形成された波長変換層と、
を備えている、太陽電池装置。
【請求項6】
さらに、前記光導波部を囲むフレームを備え、
前記波長変換層は、前記第１主面及び前記第２主面の少なくとも一方において枠状に形成され、前記フレームに重畳している、請求項５に記載の太陽電池装置。
前記波長変換層は、前記第１主面及び前記第２主面の少なくとも一方において枠状に形成され、前記フレームに重畳している、請求項５に記載の太陽電池装置。
【請求項7】
前記光学素子は、赤外線の少なくとも一部を反射し、
前記波長変換層は、可視光を赤外線に変換し、
前記第１光電変換素子は、赤外線を受光して発電する、請求項５または６に記載の太陽電池装置。
前記波長変換層は、可視光を赤外線に変換し、
前記第１光電変換素子は、赤外線を受光して発電する、請求項５または６に記載の太陽電池装置。
【請求項8】
前記光学素子は、前記フレームで囲まれた内側に配置されている、請求項３または６に記載の太陽電池装置。
【請求項9】
さらに、前記第１主面と対向し、前記フレームで囲まれた内側に配置された透明な薄膜を備え、
前記薄膜の屈折率は、前記光導波部の屈折率より小さい、請求項３または６に記載の太陽電池装置。
前記薄膜の屈折率は、前記光導波部の屈折率より小さい、請求項３または６に記載の太陽電池装置。
【請求項10】
前記光学素子は、
前記コレステリック液晶からなる第１層と、
前記コレステリック液晶からなる第２層と、を備え、
前記第１層及び前記第２層において、前記コレステリック液晶は、同等の螺旋ピッチを有し、逆回りに旋回している、請求項１乃至９のいずれか１項に記載の太陽電池装置。
前記コレステリック液晶からなる第１層と、
前記コレステリック液晶からなる第２層と、を備え、
前記第１層及び前記第２層において、前記コレステリック液晶は、同等の螺旋ピッチを有し、逆回りに旋回している、請求項１乃至９のいずれか１項に記載の太陽電池装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明の実施形態は、太陽電池装置に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、透明な太陽電池が種々提案されている。例えば、透明な色素増感型太陽電池を表示装置の表面に配置した太陽電池付き表示装置が提案されている。
太陽電池装置において、光の利用効率を向上することが要望されている。
太陽電池装置において、光の利用効率を向上することが要望されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２００２－２２９４７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
本実施形態の目的は、光の利用効率を向上することが可能な太陽電池装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本実施形態の太陽電池装置は、
第１主面と、前記第１主面と対向する第２主面と、側面と、を有する光導波部と、前記第２主面と対向し、コレステリック液晶を有し、前記光導波部を介して入射した光の少なくとも一部を前記光導波部に向けて反射する光学素子と、前記側面と対向する第１光電変換素子と、前記第１主面及び前記第２主面の少なくとも一方と対向し、前記側面に沿った帯状に形成された第２光電変換素子と、を備え、前記第１光電変換素子の厚さは、前記第２光電変換素子の厚さより厚い。
第１主面と、前記第１主面と対向する第２主面と、側面と、を有する光導波部と、前記第２主面と対向し、コレステリック液晶を有し、前記光導波部を介して入射した光の少なくとも一部を前記光導波部に向けて反射する光学素子と、前記側面と対向する第１光電変換素子と、前記第１主面及び前記第２主面の少なくとも一方と対向し、前記側面に沿った帯状に形成された第２光電変換素子と、を備え、前記第１光電変換素子の厚さは、前記第２光電変換素子の厚さより厚い。
【0006】
本実施形態の太陽電池装置は、
第１主面と、前記第１主面と対向する第２主面と、側面と、を有する光導波部と、前記第２主面と対向し、コレステリック液晶を有し、前記光導波部を介して入射した光の少なくとも一部を前記光導波部に向けて反射する光学素子と、前記側面と対向する第１光電変換素子と、前記第１主面及び前記第２主面の少なくとも一方に対向し、前記側面に沿った帯状に形成された波長変換層と、を備えている。
第１主面と、前記第１主面と対向する第２主面と、側面と、を有する光導波部と、前記第２主面と対向し、コレステリック液晶を有し、前記光導波部を介して入射した光の少なくとも一部を前記光導波部に向けて反射する光学素子と、前記側面と対向する第１光電変換素子と、前記第１主面及び前記第２主面の少なくとも一方に対向し、前記側面に沿った帯状に形成された波長変換層と、を備えている。
【図面の簡単な説明】
【0007】
【発明を実施するための形態】
【0008】
以下、本実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、開示はあくまで一例に過ぎず、当業者において、発明の主旨を保っての適宜変更について容易に想到し得るものについては、当然に本発明の範囲に含有されるものである。また、図面は、説明をより明確にするため、実際の態様に比べて、各部の幅、厚さ、形状等について模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。また、本明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同一又は類似した機能を発揮する構成要素には同一の参照符号を付し、重複する詳細な説明を適宜省略することがある。
【0009】
なお、図面には、必要に応じて理解を容易にするために、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸、及び、Ｚ軸を記載する。Ｚ軸に沿った方向をＺ方向または第１方向Ａ１と称し、Ｙ軸に沿った方向をＹ方向または第２方向Ａ２と称し、Ｘ軸に沿った方向をＸ方向または第３方向Ａ３と称する。Ｘ軸及びＹ軸によって規定される面をＸ－Ｙ平面と称し、Ｘ軸及びＺ軸によって規定される面をＸ－Ｚ平面と称し、Ｙ軸及びＺ軸によって規定される面をＹ－Ｚ平面と称する。
【0010】
（実施形態１)
図１は、実施形態１に係る太陽電池装置１００を模式的に示す断面図である。
太陽電池装置１００は、光導波部１と、光学素子３と、第１光電変換素子５１と、第２光電変換素子５２と、を備えている。
図１は、実施形態１に係る太陽電池装置１００を模式的に示す断面図である。
太陽電池装置１００は、光導波部１と、光学素子３と、第１光電変換素子５１と、第２光電変換素子５２と、を備えている。
【0011】
光導波部１は、光を透過する透明部材、例えば、透明なガラス板または透明な合成樹脂板によって構成されている。光導波部１は、例えば、可撓性を有する透明な合成樹脂板によって構成されていてもよい。光導波部１は、任意の形状を取り得る。例えば、光導波部１は、湾曲していてもよい。光導波部１の屈折率は、例えば、空気の屈折率よりも大きい。光導波部１は、例えば、窓ガラスとして機能する。
【0012】
本明細書において、『光』は、可視光及び不可視光を含むものである。例えば、可視光域の下限の波長は３６０ｎｍ以上４００ｎｍ以下であり、可視光域の上限の波長は７６０ｎｍ以上８３０ｎｍ以下である。可視光は、第１波長帯（例えば４００ｎｍ～５００ｎｍ）の第１成分（青成分）、第２波長帯（例えば５００ｎｍ～６００ｎｍ）の第２成分（緑成分）、及び、第３波長帯（例えば６００ｎｍ～７００ｎｍ）の第３成分（赤成分）を含んでいる。不可視光は、第１波長帯より短波長帯の紫外線、及び、第３波長帯より長波長帯の赤外線を含んでいる。
本明細書において、『透明』は、無色透明であることが好ましい。ただし、『透明』は、半透明又は有色透明であってもよい。
本明細書において、『透明』は、無色透明であることが好ましい。ただし、『透明』は、半透明又は有色透明であってもよい。
【0013】
光導波部１は、Ｘ－Ｙ平面に沿った平板状に形成され、第１主面Ｆ１と、第２主面Ｆ２と、側面Ｆ３と、を有している。第１主面Ｆ１及び第２主面Ｆ２は、Ｘ－Ｙ平面に略平行な面であり、第１方向Ａ１において、互いに対向している。側面Ｆ３は、第１方向Ａ１に沿って延びた面である。図１に示す例では、側面Ｆ３は、Ｘ－Ｚ平面と略平行な面であるが、側面Ｆ３は、Ｙ－Ｚ平面と略平行な面を含んでいる。
光導波部１が窓ガラスとして機能する場合、第１主面Ｆ１は屋外側（あるいは車外側）の面に相当し、第２主面Ｆ２は屋内側（あるいは車内側）の面に相当する。
光導波部１が窓ガラスとして機能する場合、第１主面Ｆ１は屋外側（あるいは車外側）の面に相当し、第２主面Ｆ２は屋内側（あるいは車内側）の面に相当する。
【0014】
光学素子３は、第１方向Ａ１において、光導波部１の第２主面Ｆ２と対向している。光学素子３は、第１主面Ｆ１の側から入射した光の少なくとも一部を光導波部１に向けて反射するものである。一例では、光学素子３は、光導波部１を介して入射した光のうち、第１円偏光及び第１円偏光とは逆回りの第２円偏光の少なくとも一方を反射するように構成されている。光学素子３によって反射される第１円偏光及び第２円偏光は、例えば赤外線であるが、可視光であってもよい。なお、本明細書において、光学素子３における「反射」とは、光学素子３の内部における回折を伴うものである。
【0015】
光学素子３は、例えば、可撓性を有していてもよい。また、光学素子３は、光導波部１の第２主面Ｆ２と接触していてもよいし、光学素子３と光導波部１との間に接着層等の透明な層が介在していてもよい。光学素子３と光導波部１との間に介在する層の屈折率は、光導波部１の屈折率とほぼ同等であることが好ましい。
【0016】
光学素子３は、薄膜として構成される。例えば、別途フィルム状に形成された光学素子３が光導波部１に接着される場合もあり得るし、光導波部１に直接材料を塗布してフィルム状の光学素子３が形成される場合もあり得る。
【0017】
図１に示す例では、光学素子３は、第１層３Ａと、第２層３Ｂと、を備えている。第１層３Ａ及び第２層３Ｂは、第１方向Ａ１において重なっている。第１層３Ａは、光導波部１と第２層３Ｂとの間に位置している。光学素子３の各層については、後に詳述するが、例えば、第１層３Ａは第１円偏光を反射するように構成され、第２層３Ｂは第２円偏光を反射するように構成されている。なお、光学素子３は、第１層３Ａからなる単層体、あるいは、第２層３Ｂからなる単層体であってもよい。本明細書において、円偏光は、厳密な円偏光であってもよいし、楕円偏光に近似した円偏光であってもよい。
【0018】
第１光電変換素子５１は、第２方向Ａ２において、光導波部１の側面Ｆ３と対向している。
第２光電変換素子５２は、第１主面Ｆ１及び第２主面Ｆ２の少なくとも一方と対向している。図１に示す例では、第２光電変換素子５２は、第１主面Ｆ１及び第２主面Ｆ２の双方と対向している。ここでは、第１方向Ａ１において第１主面Ｆ１に対向する第２光電変換素子５２を第１素子５２Ａと称し、第１方向Ａ１において第２主面Ｆ２に対向する第２光電変換素子５２を第２素子５２Ｂと称して、区別する場合がある。第１素子５２Ａ及び第２素子５２Ｂは、実質的に同一構造を有するものである。なお、第２光電変換素子５２としては、第１素子５２Ａ及び第２素子５２Ｂのいずれか一方のみが配置されていてもよい。
第２光電変換素子５２は、第１主面Ｆ１及び第２主面Ｆ２の少なくとも一方と対向している。図１に示す例では、第２光電変換素子５２は、第１主面Ｆ１及び第２主面Ｆ２の双方と対向している。ここでは、第１方向Ａ１において第１主面Ｆ１に対向する第２光電変換素子５２を第１素子５２Ａと称し、第１方向Ａ１において第２主面Ｆ２に対向する第２光電変換素子５２を第２素子５２Ｂと称して、区別する場合がある。第１素子５２Ａ及び第２素子５２Ｂは、実質的に同一構造を有するものである。なお、第２光電変換素子５２としては、第１素子５２Ａ及び第２素子５２Ｂのいずれか一方のみが配置されていてもよい。
【0019】
フレーム４０は、第１光電変換素子５１及び第２光電変換素子５２を囲んでいる。第１光電変換素子５１は、光導波部１の側面Ｆ３とフレーム４０との間に位置している。第２光電変換素子５２について、第１素子５２Ａは光導波部１の第１主面Ｆ１とフレーム４０との間に位置し、第２素子５２Ｂは第２主面Ｆ２とフレーム４０との間に位置している。
【0020】
第１光電変換素子５１及び第２光電変換素子５２は、光を受光して、受光した光のエネルギーを電力に変換するものであり、太陽電池と称する場合がある。つまり、太陽電池は、受光した光によって発電するものであるが、第１光電変換素子５１及び第２光電変換素子５２として適用される太陽電池の種類は、特に限定されない。例えば、太陽電池は、シリコン系太陽電池、化合物半導体系太陽電池、有機半導体系太陽電池、ペロブスカイト型太陽電池、又は、量子ドット型太陽電池である。
一例では、第１光電変換素子５１及び第２光電変換素子５２は、赤外線を受光して発電するように構成されている。
一例では、第１光電変換素子５１及び第２光電変換素子５２は、赤外線を受光して発電するように構成されている。
【0021】
第１光電変換素子５１は、例えば、シリコン系太陽電池、あるいは、化合物半導体系太陽電池である。図１の右側に拡大して示すように、第１光電変換素子５１は、透明電極Ｅ１１と、ｐｉｎ層Ａ１０と、金属電極Ｅ１２と、を備えている。透明電極Ｅ１１は、第２方向Ａ２において側面Ｆ３と対向している。ｐｉｎ層Ａ１０は、透明電極Ｅ１１と金属電極Ｅ１２との間に位置している。このような第１光電変換素子５１は、封止体Ｓ５１によって封止されている。
【0022】
ｐｉｎ層Ａ１０は、シリコン系半導体、あるいは、無機化合物系半導体によって形成されている。図１に示す例では、ｐｉｎ層Ａ１０は、ヘテロ接合型であり、ｎ型半導体層（ｎ層）Ａ１１、ｎ型／ｐ型半導体の界面に形成される空乏層（ｉ層）Ａ１２、及び、ｐ型半導体層（ｐ層）Ａ１３の積層体として構成されている。ｐｉｎ層Ａ１０の厚さＴ１は、ｎ層Ａ１１の膜厚、ｉ層Ａ１２の膜厚、及び、ｐ層Ａ１３の膜厚の総和に相当する。一例では、厚さＴ１は、１μｍ以上である。
【0023】
第２光電変換素子５２は、塗布型の有機半導体系太陽電池である。図１の上側に拡大して示すように、第２光電変換素子５２は、透明電極Ｅ２１と、バッファ層Ｂ２１と、活性層Ａ２０と、バッファ層Ｂ２２と、金属電極Ｅ２２と、を備えている。透明電極Ｅ２１は、第１方向Ａ１において第１主面Ｆ１と対向している。なお、透明電極Ｅ２１は、第１主面Ｆ１に接していてもよいし、第１主面Ｆ１と透明電極Ｅ２１との間に他の薄膜が介在していてもよい。活性層Ａ２０は、透明電極Ｅ２１と金属電極Ｅ２２との間に位置している。バッファ層Ｂ２１は、透明電極Ｅ２１と活性層Ａ２０との間に位置している。バッファ層Ｂ２２は、活性層Ａ２０と金属電極Ｅ２２との間に位置している。このような第２光電変換素子５２は、封止体Ｓ５２によって封止されている。
【0024】
活性層Ａ２０は、有機半導体によって形成されている。図１に示す例では、活性層Ａ２０は、バルクヘテロ接合型であり、電子受容体及び電子供与体を含む混合層として構成されている。活性層Ａ２０の厚さＴ２は、バッファ層Ｂ２１とバッファ層Ｂ２２との間において、一例では、１００～５００ｎｍである。つまり、ｐｉｎ層Ａ１０の厚さＴ１＞活性層Ａ２０の厚さＴ２の関係から、第１光電変換素子５１の厚さは、第２光電変換素子５２の厚さより大きい。
【0025】
このような第２光電変換素子５２を構成する各層は、例えば材料を塗布することによって形成されるが、蒸着やスパッタリングなどの真空プロセスで形成してもよいし、前駆体やナノ粒子からなる溶液を塗布した後に焼成することで形成してもよい。
【0026】
以下に、各部材の材料の一例について説明する。なお、一部の有機化合物については略称で示す場合がある。
【0027】
透明電極Ｅ１１及びＥ２１は、例えば、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）、インジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ）などの透明な導電材料によって形成される。
金属電極Ｅ１２及びＥ２２は、例えば、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）などの金属材料によって形成される。
金属電極Ｅ１２及びＥ２２は、例えば、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）などの金属材料によって形成される。
【0028】
バッファ層Ｂ２１及びＢ２２のいずれか一方はホール輸送層（ＨＴＬ）として機能するものであり、バッファ層Ｂ２１及びＢ２２のいずれか他方は電子輸送層（ＥＴＬ）として機能するものである。ホール輸送層は、例えば、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳなどの有機半導体ポリマーや、モリブデン酸化物（ＭｏＯ３）、タングステン酸化物（ＷＯ３）、バナジウム酸化物（Ｖ２Ｏ５）、ニッケル酸化物（ＮｉＯ）などの金属酸化物によって形成される。電子輸送層は、亜鉛酸化物（ＺｎＯ）、チタン酸化物（ＴｉＯ）などの金属酸化物や、ＰＥＩＥ、ＰＥＩなどの有機ポリマー化合物によって形成される。
【0029】
活性層Ａ２０を構成する電子受容体は、ＰＴＴ、ＰＤＤＴＴ、ＰＤＴＴＰ、Ｐ４、ＰＴＺＢＴＴＴ－ＢＤＴ、ＰＣＰＤＴＢＴ、ＰＤＴ、ＰＤＰＰ３Ｔ、ＰＢＴＩ（ＥＤＯＴ）、ＰＭＤＰＰ３Ｔ、ＬＢＰＰ－１などのｐ型有機半導体によって形成される。
活性層Ａ２０を構成する電子供与体は、[６０]ＰＣＢＭ、[７０]ＰＣＢＭなどのｎ型有機半導体によって形成される。
活性層Ａ２０を構成する電子供与体は、[６０]ＰＣＢＭ、[７０]ＰＣＢＭなどのｎ型有機半導体によって形成される。
【0030】
【0031】
光学素子３は、複数の螺旋状構造体３１１を有している。複数の螺旋状構造体３１１の各々は、第１方向Ａ１に沿って延びている。つまり、複数の螺旋状構造体３１１の各々の螺旋軸ＡＸは、光導波部１の第２主面Ｆ２に対して略垂直である。螺旋軸ＡＸは、第１方向Ａ１に略平行である。複数の螺旋状構造体３１１の各々は、螺旋ピッチＰを有している。螺旋ピッチＰは、螺旋の１周期(３６０度）を示す。複数の螺旋状構造体３１１の各々は、複数の要素３１５を含んでいる。複数の要素３１５は、旋回しながら第１方向Ａ１に沿って螺旋状に積み重ねられている。
【0032】
光学素子３は、第２主面Ｆ２に対向する第１境界面３１７と、第１境界面３１７の反対側の第２境界面３１９と、第１境界面３１７と第２境界面３１９との間の複数の反射面３２１と、を有している。第１境界面３１７は、光導波部１を透過した光ＬＴｉが光学素子３に入射する面である。第１境界面３１７及び第２境界面３１９の各々は、螺旋状構造体３１１の螺旋軸ＡＸに対して略垂直である。第１境界面３１７及び第２境界面３１９の各々は、光導波部１（あるいは第２主面Ｆ２）に略平行である。
【0033】
第１境界面３１７は、螺旋状構造体３１１の両端部のうちの一端部ｅ１に位置する要素３１５を含んでいる。第１境界面３１７は、光導波部１と光学素子３との境界に位置している。第２境界面３１９は、螺旋状構造体３１１の両端部のうちの他端部ｅ２に位置する要素３１５を含んでいる。第２境界面３１９は、光学素子３と空気との境界に位置している。
【0034】
図２に示す例では、複数の反射面３２１は、互いに略平行である。反射面３２１は、第１境界面３１７及び光導波部１（あるいは第２主面Ｆ２）に対して傾斜しており、一定方向に延びる略平面形状を有している。反射面３２１は、ブラッグの法則に従って、第１境界面３１７から入射した光ＬＴｉのうち一部の光ＬＴｒを選択反射する。具体的には、反射面３２１は、光ＬＴｒの波面ＷＦが反射面３２１と略平行になるように、光ＬＴｒを反射する。更に具体的には、反射面３２１は、第１境界面３１７に対する反射面３２１の傾斜角度φに応じて光ＬＴｒを反射する。
【0035】
反射面３２１は、次のように定義できる。すなわち、光学素子３において選択的に反射される所定波長の光（例えば円偏光）が感じる屈折率は、光が光学素子３の内部を進行するのに伴って徐々に変化する。このため、光学素子３においてフレネル反射が徐々に起こる。そして、複数の螺旋状構造体３１１において光が感じる屈折率が最も大きく変化する位置で、フレネル反射が最も強く起こる。つまり、反射面３２１は、光学素子３においてフレネル反射が最も強く起こる面に相当する。
【0036】
複数の螺旋状構造体３１１のうち、第２方向Ａ２に隣接する螺旋状構造体３１１の各々の要素３１５の配向方向は互いに異なっている。また、複数の螺旋状構造体３１１のうち、第２方向Ａ２に隣接する螺旋状構造体３１１の各々の空間位相は互いに異なっている。反射面３２１は、要素３１５の配向方向が揃った面、あるいは、空間位相が揃った面（等位相面）に相当する。つまり、複数の反射面３２１の各々は、第１境界面３１７あるいは光導波部１に対して傾斜している。
【0037】
なお、反射面３２１の形状は、図２に示したような平面形状に限らず、凹状や凸状の曲面形状であってもよく、特に限定されるものではない。また、反射面３２１の一部に凸凹を有していたり、反射面３２１の傾斜角度φが均一でなかったり、複数の反射面３２１が、規則的に整列していなかったりしてもよい。複数の螺旋状構造体３１１の空間位相分布に応じて、任意の形状の反射面３２１を構成することができる。
【0038】
本実施形態では、螺旋状構造体３１１は、コレステリック液晶である。要素３１５の各々は、液晶分子に相当する。図２では、図面の簡略化のため、１つの要素３１５は、Ｘ－Ｙ平面内に位置する複数の液晶分子のうち、平均的配向方向を向いている液晶分子を代表して示している。
【0039】
螺旋状構造体３１１であるコレステリック液晶は、選択反射帯域Δλに含まれる所定波長λの光のうち、コレステリック液晶の旋回方向と同じ旋回方向の円偏光を反射する。例えば、コレステリック液晶の旋回方向が右回りの場合、所定波長λの光のうち、右回りの円偏光を反射し、左回りの円偏光を透過する。同様に、コレステリック液晶の旋回方向が左回りの場合、所定波長λの光のうち、左回りの円偏光を反射し、右回りの円偏光を透過する。
【0040】
コレステリック液晶の螺旋ピッチをＰ、液晶分子の異常光に対する屈折率をｎｅ、液晶分子の常光に対する屈折率をｎｏと記載すると、一般的に、垂直入射した光に対するコレステリック液晶の選択反射帯域Δλは、「ｎｏ＊Ｐ～ｎｅ＊Ｐ」で示される。なお、詳細には、コレステリック液晶の選択反射帯域Δλは、「ｎｏ＊Ｐ～ｎｅ＊Ｐ」の範囲に対して、反射面３２１の傾斜角度φや、第１境界面３１７への入射角度などに応じて変化する。
【0041】
ここでは、選択反射帯域Δλが赤外線となるように、コレステリック液晶の螺旋ピッチＰが調整された場合について説明する。光学素子３の反射面３２１での反射率を高くする観点では、光学素子３の第１方向Ａ１に沿った厚さは、螺旋ピッチＰの数倍から１０倍程度とすることが望ましい。つまり、光学素子３の厚さは、３～１０μｍ程度となる。
【0042】
図３は、太陽電池装置１００を模式的に示す平面図である。
図３には、螺旋状構造体３１１の空間位相の一例が示されている。ここに示す空間位相は、螺旋状構造体３１１に含まれる要素３１５のうち、第１境界面３１７に位置する要素３１５の配向方向として示している。
図３には、螺旋状構造体３１１の空間位相の一例が示されている。ここに示す空間位相は、螺旋状構造体３１１に含まれる要素３１５のうち、第１境界面３１７に位置する要素３１５の配向方向として示している。
【0043】
第２方向Ａ２に沿って並んだ螺旋状構造体３１１の各々について、第１境界面３１７に位置する要素３１５の配向方向は互いに異なる。つまり、第１境界面３１７における螺旋状構造体３１１の空間位相は、第２方向Ａ２に沿って異なる。
一方、第３方向Ａ３に沿って並んだ螺旋状構造体３１１の各々について、第１境界面３１７に位置する要素３１５の配向方向は略一致する。つまり、第１境界面３１７における螺旋状構造体３１１の空間位相は、第３方向Ａ３において略一致する。
一方、第３方向Ａ３に沿って並んだ螺旋状構造体３１１の各々について、第１境界面３１７に位置する要素３１５の配向方向は略一致する。つまり、第１境界面３１７における螺旋状構造体３１１の空間位相は、第３方向Ａ３において略一致する。
【0044】
特に、第２方向Ａ２に並んだ螺旋状構造体３１１に着目すると、各要素３１５の配向方向は、一定角度ずつ異なっている。つまり、第１境界面３１７において、第２方向Ａ２に沿って並んだ複数の要素３１５の配向方向は、線形に変化している。したがって、第２方向Ａ２に沿って並んだ複数の螺旋状構造体３１１の空間位相は、第２方向Ａ２に沿って線形に変化している。その結果、図２に示した光学素子３のように、第１境界面３１７及び光導波部１に対して傾斜する反射面３２１が形成される。ここでの「線形に変化」は、例えば、要素３１５の配向方向の変化量が１次関数で表されることを示す。
【0045】
なお、ここでの要素３１５の配向方向とは、螺旋状構造体３１１がコレステリック液晶の場合、Ｘ－Ｙ平面における液晶分子の長軸方向に相当する。
【0046】
ここで、図３に示すように、第１境界面３１７において、第２方向Ａ２に沿って要素３１５の配向方向が１８０度だけ変化するときの２つの螺旋状構造体３１１の間隔を螺旋状構造体３１１の周期Ｔと定義する。なお、図３においてＤＰは要素３１５の旋回方向を示している。図２に示した反射面３２１の傾斜角度φは、周期Ｔ及び螺旋ピッチＰによって適宜設定される。
【0047】
螺旋状構造体３１１がコレステリック液晶である場合、光学素子３は、以下のようにして形成される。例えば、複数の要素３１５である複数の液晶分子に光を照射し、複数の液晶分子を重合させることで、光学素子３が形成される。又は、所定の温度又は所定の濃度において液晶状態を示す高分子液晶材料を、複数の螺旋状構造体３１１を形成するように配向制御し、その後、配向を維持したまま固体に転移させることで、光学素子３が形成される。
光学素子３において、隣り合う螺旋状構造体３１１は、重合又は固体への転移によって、螺旋状構造体３１１の配向を維持したまま、つまり、螺旋状構造体３１１の空間位相を維持したまま、互いに結合している。その結果、光学素子３において、各液晶分子の配向方向が固定されている。
光学素子３において、隣り合う螺旋状構造体３１１は、重合又は固体への転移によって、螺旋状構造体３１１の配向を維持したまま、つまり、螺旋状構造体３１１の空間位相を維持したまま、互いに結合している。その結果、光学素子３において、各液晶分子の配向方向が固定されている。
【0048】
図４は、光学素子３の構造を模式的に示す他の断面図である。
図４に示す例は、図２に示した例と比較して、螺旋状構造体３１１の螺旋軸ＡＸが光導波部１あるいは第２主面Ｆ２に対して傾斜している点で相違している。また、図４に示す例では、第１境界面３１７あるいはＸ－Ｙ平面内での螺旋状構造体３１１の空間位相は、略一致している。その他、図４に示す例に係る螺旋状構造体３１１は、図２に示した例に係る螺旋状構造体３１１と同様の特性を有している。
このような例では、光学素子３は、光導波部１を介して入射した光ＬＴｉのうち、一部の光ＬＴｒを螺旋軸ＡＸの傾斜に応じた反射角で反射し、その他の光ＬＴｔを透過する。つまり、図４に示す例の光学素子３においても、図２及び図３を参照して説明した光学素子３と同様の光学特性が得られる。
図４に示す例は、図２に示した例と比較して、螺旋状構造体３１１の螺旋軸ＡＸが光導波部１あるいは第２主面Ｆ２に対して傾斜している点で相違している。また、図４に示す例では、第１境界面３１７あるいはＸ－Ｙ平面内での螺旋状構造体３１１の空間位相は、略一致している。その他、図４に示す例に係る螺旋状構造体３１１は、図２に示した例に係る螺旋状構造体３１１と同様の特性を有している。
このような例では、光学素子３は、光導波部１を介して入射した光ＬＴｉのうち、一部の光ＬＴｒを螺旋軸ＡＸの傾斜に応じた反射角で反射し、その他の光ＬＴｔを透過する。つまり、図４に示す例の光学素子３においても、図２及び図３を参照して説明した光学素子３と同様の光学特性が得られる。
【0049】
図５は、図１に示した太陽電池装置１００の動作を説明するための図である。
まず、光学素子３の第１層３Ａ及び第２層３Ｂについて説明する。
第１層３Ａ及び第２層３Ｂの各々は、螺旋状構造体３１１として、一方向に旋回したコレステリック液晶を有している。但し、第１層３Ａは第１旋回方向に旋回したコレステリック液晶３１１Ａを有し、第２層３Ｂは第１旋回方向とは逆回りの第２旋回方向に旋回したコレステリック液晶３１１Ｂを有している。なお、ここでは、コレステリック液晶３１１Ａ及び３１１Ｂを模式的に示している。
まず、光学素子３の第１層３Ａ及び第２層３Ｂについて説明する。
第１層３Ａ及び第２層３Ｂの各々は、螺旋状構造体３１１として、一方向に旋回したコレステリック液晶を有している。但し、第１層３Ａは第１旋回方向に旋回したコレステリック液晶３１１Ａを有し、第２層３Ｂは第１旋回方向とは逆回りの第２旋回方向に旋回したコレステリック液晶３１１Ｂを有している。なお、ここでは、コレステリック液晶３１１Ａ及び３１１Ｂを模式的に示している。
【0050】
コレステリック液晶３１１Ａ及び３１１Ｂは、拡大して模式的に示すように、ともに選択反射帯域として赤外線Ｉを反射するべく、Ｚ方向に沿って螺旋ピッチＰ１を有している。つまり、コレステリック液晶３１１Ａ及びコレステリック液晶３１１Ｂのそれぞれの螺旋ピッチＰ１は、同等であり、Ｚ方向に沿ってほとんど変化することなく一定である。
【0051】
コレステリック液晶３１１Ａは、選択反射帯域である赤外線Ｉのうち、第１旋回方向の第１円偏光Ｉ１を反射する反射面３２１Ａを有している。また、コレステリック液晶３１１Ｂは、選択反射帯域である赤外線Ｉのうち、第２旋回方向の第２円偏光Ｉ２を反射する反射面３２１Ｂを有している。
【0052】
次に、太陽電池装置１００の動作について説明する。
【0053】
太陽電池装置１００に入射する光ＬＴｉは、例えば、太陽光である。つまり、光ＬＴｉは、可視光Ｖの他に赤外線Ｉなどを含んでいる。
光ＬＴｉは、第１主面Ｆ１から光導波部１の内部に進入し、第２主面Ｆ２を透過して、光学素子３に入射する。そして、光学素子３は、光ＬＴｉのうち、一部の光ＬＴｒを光導波部１に向けて反射し、他の光ＬＴｔを透過する。
光ＬＴｉは、第１主面Ｆ１から光導波部１の内部に進入し、第２主面Ｆ２を透過して、光学素子３に入射する。そして、光学素子３は、光ＬＴｉのうち、一部の光ＬＴｒを光導波部１に向けて反射し、他の光ＬＴｔを透過する。
【0054】
上記の通り、光学素子３の第１層３Ａ及び第２層３Ｂは、赤外線Ｉを反射するように構成されている。すなわち、赤外線Ｉのうちの第１円偏光Ｉ１は、第１層３Ａに形成された反射面３２１Ａにおいて、光導波部１に向けて反射される。また、赤外線Ｉのうちの第２円偏光Ｉ２は、第２層３Ｂに形成された反射面３２１Ｂにおいて、光導波部１に向けて反射される。
【0055】
つまり、光学素子３で反射される光ＬＴｒは、赤外線Ｉの第１円偏光Ｉ１及び第２円偏光Ｉ２である。また、光学素子３を透過する光ＬＴｔは、赤外線Ｉとは異なる波長の光であり、可視光Ｖを含んでいる。
【0056】
光学素子３は、第１円偏光Ｉ１及び第２円偏光Ｉ２を、光導波部１における光導波条件を満足する進入角θで光導波部１に向けて反射する。ここでの進入角θとは、光導波部１の内部で全反射を起こす臨界角θｃ以上の角度に相当する。進入角θは、光導波部１に直交する垂線に対する角度を示す。
【0057】
光ＬＴｒは、第２主面Ｆ２から光導波部１の内部に進入し、光導波部１において反射を繰り返しながら光導波部１の内部を伝搬する。光導波部１の内部を伝搬する光ＬＴｒのほとんどは、側面Ｆ３を透過する。第１光電変換素子５１は、側面Ｆ３を透過した光ＬＴｒ（赤外線Ｉの第１円偏光Ｉ１及び第２円偏光Ｉ２）を受光し、発電する。
【0058】
ここで、光導波部１の内部を伝搬する光ＬＴｒのうち、進入角θがブリュースター角（偏光角）である光について考察する。光ＬＴｒは、ｓ偏光及びｐ偏光を含んでいる。ｓ偏光は第１主面Ｆ１及び第２主面Ｆ２において全反射されるものの、ｐ偏光は第１主面Ｆ１及び第２主面Ｆ２をそれぞれ透過する。第２光電変換素子（第１素子）５２Ａは、第１主面Ｆ１を透過した光ＬＴｒ（赤外線Ｉのｐ偏光）を受光し、発電する。第２光電変換素子（第２素子）５２Ｂは、第２主面Ｆ２を透過した光ＬＴｒ（赤外線Ｉのｐ偏光）を受光し、発電する。
【0059】
このように、実施形態１の太陽電池装置１００によれば、光導波部１の側面Ｆ３を透過した光のみならず、第１主面Ｆ１及び第２主面Ｆ２から漏れ出た光も発電に利用することができる。したがって、光の利用効率を向上することができる。
例えば、光学素子３が第１層３Ａ及び第２層３Ｂを有する構成においては、可視光Ｖ及び赤外線Ｉを含む太陽光が太陽電池装置１００に入射した場合、赤外線Ｉの第１円偏光Ｉ１及び第２円偏光Ｉ２は、第１光電変換素子５１及び第２光電変換素子５２Ａ及び５２Ｂにおいて発電に利用することができる。
例えば、光学素子３が第１層３Ａ及び第２層３Ｂを有する構成においては、可視光Ｖ及び赤外線Ｉを含む太陽光が太陽電池装置１００に入射した場合、赤外線Ｉの第１円偏光Ｉ１及び第２円偏光Ｉ２は、第１光電変換素子５１及び第２光電変換素子５２Ａ及び５２Ｂにおいて発電に利用することができる。
【0060】
一方、太陽光のうちの可視光Ｖは、光導波部１及び光学素子３を透過する。つまり、太陽電池装置１００は、可視光Ｖの主要な成分である第１成分（青成分）、第２成分（緑成分）、及び、第３成分（赤成分）の各々を透過する。このため、太陽電池装置１００を透過した光の着色を抑制することができる。また、太陽電池装置１００における可視光Ｖの透過率の低下を抑制することができる。
【0061】
また、塗布型の有機半導体系太陽電池である第２光電変換素子５２Ａ及び５２Ｂは、極めて薄く、任意の領域に安価で形成することができる。
【0062】
（実施形態２）
図６は、実施形態２に係る太陽電池装置１００を模式的に示す断面図である。
図６に示す実施形態２は、上記の実施形態１と比較して、第２光電変換素子の代わりに波長変換層６０が設けられた点で相違している。
図６は、実施形態２に係る太陽電池装置１００を模式的に示す断面図である。
図６に示す実施形態２は、上記の実施形態１と比較して、第２光電変換素子の代わりに波長変換層６０が設けられた点で相違している。
【0063】
すなわち、波長変換層６０は、第１主面Ｆ１及び第２主面Ｆ２の少なくとも一方と対向している。図６に示す例では、波長変換層６０は、第１主面Ｆ１及び第２主面Ｆ２の双方と対向している。ここでは、第１方向Ａ１において第１主面Ｆ１に対向する波長変換層６０を第１変換層６０Ａと称し、第１方向Ａ１において第２主面Ｆ２に対向する波長変換層６０を第２変換層６０Ｂと称して、区別する場合がある。第１変換層６０Ａ及び第２変換層６０Ｂは、実質的に同一材料によって形成されたものである。なお、波長変換層６０としては、第１変換層６０Ａ及び第２変換層６０Ｂのいずれか一方のみが配置されていてもよい。
【0064】
波長変換層６０は、例えば、入射光である可視光を赤外線に変換するものであるが、紫外光を可視光や赤外線に変換するものであってもよいし、赤外線を可視光に変換するものであってもよい。波長変換層６０によって変換された後の光の波長帯は、第１光電変換素子５１の感度に対応するように選択される。このような波長変換層６０は、例えば、無機蛍光体や、有機蛍光発光物を塗布することによって形成される。
なお、波長変換層６０において、所定波長に変換された光は散乱する傾向にあるため、光を効率よく光導波部１に向けて反射する観点では、波長変換層６０は反射層で覆われることが望ましい。
なお、波長変換層６０において、所定波長に変換された光は散乱する傾向にあるため、光を効率よく光導波部１に向けて反射する観点では、波長変換層６０は反射層で覆われることが望ましい。
【0065】
フレーム４０は、第１光電変換素子５１及び波長変換層６０を囲んでいる。第１光電変換素子５１は、光導波部１の側面Ｆ３とフレーム４０との間に位置している。波長変換層６０の第１変換層６０Ａは光導波部１の第１主面Ｆ１とフレーム４０との間に位置し、第２変換層６０Ｂは第２主面Ｆ２とフレーム４０との間に位置している。
【0066】
実施形態２の太陽電池装置１００において、可視光Ｖ及び赤外線Ｉを含む太陽光が入射した場合、太陽光のうちの赤外線Ｉは、光導波部１を透過し、光学素子３に入射する。そして、赤外線Ｉのうちの第１円偏光Ｉ１は、第１層３Ａに形成された反射面３２１Ａにおいて、光導波部１に向けて反射される。また、赤外線Ｉのうちの第２円偏光Ｉ２は、第１層３Ａを透過した後に第２層３Ｂに入射し、第２層３Ｂに形成された反射面３２１Ｂにおいて、光導波部１に向けて反射される。
反射された第１円偏光Ｉ１及び第２円偏光Ｉ２は、第２主面Ｆ２から光導波部１の内部に進入し、光導波部１において反射を繰り返しながら光導波部１の内部を伝搬する。光導波部１の内部を伝搬する光ＬＴｒのほとんどは、側面Ｆ３を透過する。第１光電変換素子５１は、側面Ｆ３を透過した赤外線Ｉ（第１円偏光Ｉ１及び第２円偏光Ｉ２）を受光して発電する。
反射された第１円偏光Ｉ１及び第２円偏光Ｉ２は、第２主面Ｆ２から光導波部１の内部に進入し、光導波部１において反射を繰り返しながら光導波部１の内部を伝搬する。光導波部１の内部を伝搬する光ＬＴｒのほとんどは、側面Ｆ３を透過する。第１光電変換素子５１は、側面Ｆ３を透過した赤外線Ｉ（第１円偏光Ｉ１及び第２円偏光Ｉ２）を受光して発電する。
【0067】
一方、太陽光のうちの可視光Ｖは、光導波部１及び光学素子３を透過する。このため、太陽電池装置１００を透過した光の着色を抑制することができる。また、太陽電池装置１００における可視光Ｖの透過率の低下を抑制することができる。
【0068】
また、可視光Ｖのうち、上記の光導波条件を満足する進入角θで入射した一部の可視光Ｖ’は、光導波部１において反射を繰り返しながら光導波部１の内部を伝搬する。
そして、側面Ｆ３の近傍で第１主面Ｆ１から漏れ出た可視光Ｖ’は、第１変換層６０Ａにおいて赤外線Ｉに変換される。また、側面Ｆ３の近傍で第２主面Ｆ２から漏れ出た可視光Ｖ’は、第２変換層６０Ｂにおいて赤外線Ｉに変換される。第１変換層６０Ａ及び第２変換層６０Ｂで変換された赤外線Ｉは、再び光導波部１を経て側面Ｆ３を透過する。第１光電変換素子５１は、側面Ｆ３を透過した赤外線Ｉを受光して発電する。
そして、側面Ｆ３の近傍で第１主面Ｆ１から漏れ出た可視光Ｖ’は、第１変換層６０Ａにおいて赤外線Ｉに変換される。また、側面Ｆ３の近傍で第２主面Ｆ２から漏れ出た可視光Ｖ’は、第２変換層６０Ｂにおいて赤外線Ｉに変換される。第１変換層６０Ａ及び第２変換層６０Ｂで変換された赤外線Ｉは、再び光導波部１を経て側面Ｆ３を透過する。第１光電変換素子５１は、側面Ｆ３を透過した赤外線Ｉを受光して発電する。
【0069】
このように、実施形態２においては、第１主面Ｆ１及び第２主面Ｆ２から漏れ出た可視光Ｖ’は、発電に利用可能な波長の光に変換され、発電に利用される。したがって、光の利用効率を向上することができる。
【0070】
図７は、太陽電池装置１００の外観を示す平面図である。
点線で示すフレーム４０は、光導波部１を囲むように配置されている。複数の第１光電変換素子５１は、光導波部１の側面Ｆ３に沿って並んでいる。
実施形態１の第２光電変換素子５２または実施形態２の波長変換層６０は、少なくとも側面Ｆ３に沿った帯状に形成されている。図７に示す例では、第２光電変換素子５２または波長変換層６０は、光導波部１の第１主面Ｆ１及び第２主面Ｆ２の少なくとも一方において、枠状に形成され、フレーム４０に重畳している。つまり、第２光電変換素子５２または波長変換層６０は、光導波部１の４辺に沿った部分Ｐ１１乃至Ｐ１４を有している。
但し、部分Ｐ１１乃至Ｐ１４は、互いに繋がっていてもよいし、互いに離間していてもよい。また、部分Ｐ１２乃至Ｐ１４のうちの少なくとも一部が省略されてもよい。さらには、部分Ｐ１１乃至Ｐ１４の各々は、フレーム４０からはみ出していてもよい。
点線で示すフレーム４０は、光導波部１を囲むように配置されている。複数の第１光電変換素子５１は、光導波部１の側面Ｆ３に沿って並んでいる。
実施形態１の第２光電変換素子５２または実施形態２の波長変換層６０は、少なくとも側面Ｆ３に沿った帯状に形成されている。図７に示す例では、第２光電変換素子５２または波長変換層６０は、光導波部１の第１主面Ｆ１及び第２主面Ｆ２の少なくとも一方において、枠状に形成され、フレーム４０に重畳している。つまり、第２光電変換素子５２または波長変換層６０は、光導波部１の４辺に沿った部分Ｐ１１乃至Ｐ１４を有している。
但し、部分Ｐ１１乃至Ｐ１４は、互いに繋がっていてもよいし、互いに離間していてもよい。また、部分Ｐ１２乃至Ｐ１４のうちの少なくとも一部が省略されてもよい。さらには、部分Ｐ１１乃至Ｐ１４の各々は、フレーム４０からはみ出していてもよい。
【0071】
図８は、図７に示した太陽電池装置１００のＡ－Ｂ線に沿った断面図である。
部分Ｐ１１及びＰ１３は、第１主面Ｆ１及び第２主面Ｆ２の双方に形成されている。図示しない部分Ｐ１２及びＰ１４も同様に、第１主面Ｆ１及び第２主面Ｆ２の双方に形成されている。
第１主面Ｆ１に形成された部分Ｐ１１及びＰ１３は、第１素子（第２光電変換素子）５２Ａの一部、または、第１変換層（波長変換層）６０Ａの一部である。第２主面Ｆ２に形成された部分Ｐ１１及びＰ１３は、第２素子（第２光電変換素子）５２Ｂの一部、または、第２変換層（波長変換層）６０Ｂの一部である。
部分Ｐ１１及びＰ１３は、第１主面Ｆ１及び第２主面Ｆ２の双方に形成されている。図示しない部分Ｐ１２及びＰ１４も同様に、第１主面Ｆ１及び第２主面Ｆ２の双方に形成されている。
第１主面Ｆ１に形成された部分Ｐ１１及びＰ１３は、第１素子（第２光電変換素子）５２Ａの一部、または、第１変換層（波長変換層）６０Ａの一部である。第２主面Ｆ２に形成された部分Ｐ１１及びＰ１３は、第２素子（第２光電変換素子）５２Ｂの一部、または、第２変換層（波長変換層）６０Ｂの一部である。
【0072】
光学素子３の第１層３Ａ及び第２層３Ｂは、第２主面Ｆ２において、第２素子５２Ｂまたは第２変換層６０Ｂで囲まれた内側に配置されている。
【0073】
図９は、図７に示した太陽電池装置１００のＡ－Ｂ線に沿った他の断面図である。
図９に示す例は、図８に示した例と比較して、第１主面Ｆ１と対向する透明な薄膜７０が設けられた点で相違している。薄膜７０は、フレーム４０で囲まれた内側に配置され、また、第１主面Ｆ１に接し、第１素子５２Ａまたは第１変換層６０Ａで囲まれた内側に配置されている。
図９に示す例は、図８に示した例と比較して、第１主面Ｆ１と対向する透明な薄膜７０が設けられた点で相違している。薄膜７０は、フレーム４０で囲まれた内側に配置され、また、第１主面Ｆ１に接し、第１素子５２Ａまたは第１変換層６０Ａで囲まれた内側に配置されている。
【0074】
薄膜７０の屈折率は、光導波部１の屈折率より小さい。薄膜７０と光導波部１との屈折率差は、０．１以上であることが望ましい。一例では、薄膜７０の屈折率は１．３～１．４程度であり、光導波部１の屈折率は１．５程度である。このような薄膜７０は、無機系材料によって形成されてもよいし、有機系材料によって形成されてもよい。
【0075】
図９に示す例の如く、光導波部１よりも低屈折率の薄膜７０が第１主面Ｆ１に配置されている。これにより、光導波部１と空気との間の屈折率差と比較して、薄膜７０と空気との間の屈折率差が小さくなり、図８に示した例と比較して、光学素子３からのより小さな反射角θｒの反射光ＬＴｒ（Ｉ１）、ＬＴｒ（Ｉ２）まで光導波させ、発電に利用することができる。したがって、光の利用効率を向上することができる。
【0076】
図１０は、図７に示した太陽電池装置１００のＡ－Ｂ線に沿った他の断面図である。
図１０に示す例は、図９に示した例と比較して、太陽電池装置１００が第１方向Ａ１において対向する複数の光導波部１Ａ及び１Ｂを備えている点で相違している。
図１０に示す例は、図９に示した例と比較して、太陽電池装置１００が第１方向Ａ１において対向する複数の光導波部１Ａ及び１Ｂを備えている点で相違している。
【0077】
光導波部１Ａ及び１Ｂは、上記の光導波部１と同等のものである。薄膜７０Ａ及び７０Ｂは、上記の薄膜７０と同等のものである。薄膜７０Ａの屈折率は光導波部１Ａの屈折率より小さく、薄膜７０Ｂの屈折率は光導波部１Ｂの屈折率より小さい。
第１光電変換素子５１Ａ及び５１Ｂは、上記の第１光電変換素子５１と同等のものである。第２光電変換素子５２Ａ、５２Ｂ、５２Ｃ、５２Ｄは、上記の第２光電変換素子５２と同等のものである。
第１光電変換素子５１Ａ及び５１Ｂは、上記の第１光電変換素子５１と同等のものである。第２光電変換素子５２Ａ、５２Ｂ、５２Ｃ、５２Ｄは、上記の第２光電変換素子５２と同等のものである。
【0078】
光導波部１Ａは、第１主面Ｆ１Ａ、第２主面Ｆ２Ａ、及び、側面Ｆ３Ａを有している。薄膜７０Ａは第１主面Ｆ１Ａに配置され、第１層３Ａは第２主面Ｆ２Ａに配置され、第１光電変換素子５１Ａは側面Ｆ３Ａに配置されている。第２光電変換素子５２Ａは第１主面Ｆ１Ａに配置され、第２光電変換素子５２Ｂは第２主面Ｆ２Ａに配置されている。第１光電変換素子５１Ａ、第２光電変換素子５２Ａ及び５２Ｂは、フレーム４０によって囲まれている。
【0079】
光導波部１Ｂは、第１主面Ｆ１Ｂ、第２主面Ｆ２Ｂ、及び、側面Ｆ３Ｂを有している。薄膜７０Ｂは第１主面Ｆ１Ｂに配置され、第２層３Ｂは第２主面Ｆ２Ｂに配置され、第１光電変換素子５１Ｂは側面Ｆ３Ｂに配置されている。第２光電変換素子５２Ｃは第１主面Ｆ１Ｂに配置され、第２光電変換素子５２Ｄは第２主面Ｆ２Ｂに配置されている。第１光電変換素子５１Ｂ、第２光電変換素子５２Ｃ及び５２Ｄは、フレーム４０によって囲まれている。
【0080】
第１層３Ａ及び薄膜７０Ｂは、第１方向Ａ１において対向している。第１層３Ａと薄膜７０Ｂとの間には、空気層などの中間層が介在している。
【0081】
このような太陽電池装置１００において、太陽光のうちの発電に利用される波長の光、例えば赤外線Ｉが入射した場合について説明する。入射角θｉの赤外線Ｉは、薄膜７０Ａ及び光導波部１Ａを透過し、第１層３Ａに入射する。図９を参照して説明したように、薄膜７０Ａが設けられたことにより、比較的大きな入射角θｉの赤外線Ｉであっても、光導波部１Ａの内部に取り込まれる。
【0082】
そして、赤外線Ｉのうちの第１円偏光Ｉ１は、第１層３Ａに形成された反射面３２１Ａにおいて、光導波部１Ａに向けて反射される。また、赤外線Ｉのうちの第２円偏光Ｉ２は、第１層３Ａを透過した後に、薄膜７０Ｂ及び光導波部１Ｂを透過し、第２層３Ｂに入射する。そして、第２円偏光Ｉ２は、第２層３Ｂに形成された反射面３２１Ｂにおいて、光導波部１Ｂに向けて反射される。
【0083】
光導波部１Ａに向けて反射された第１円偏光Ｉ１は、光導波部１Ａにおいて反射を繰り返しながら伝搬し、そのほとんどは側面Ｆ３Ａを透過する。第１光電変換素子５１Ａは、側面Ｆ３Ａを透過した第１円偏光Ｉ１を受光し、発電する。
また、第２光電変換素子５２Ａは、側面Ｆ３Ａの近傍で第１主面Ｆ１Ａを透過したｐ偏光を受光し、発電する。さらに、第２光電変換素子５２Ｂは、側面Ｆ３Ａの近傍で第２主面Ｆ２Ａを透過したｐ偏光を受光し、発電する。
また、第２光電変換素子５２Ａは、側面Ｆ３Ａの近傍で第１主面Ｆ１Ａを透過したｐ偏光を受光し、発電する。さらに、第２光電変換素子５２Ｂは、側面Ｆ３Ａの近傍で第２主面Ｆ２Ａを透過したｐ偏光を受光し、発電する。
【0084】
光導波部１Ｂに向けて反射された第２円偏光Ｉ２は、光導波部１Ｂにおいて反射を繰り返しながら伝搬し、そのほとんどは側面Ｆ３Ｂを透過する。第１光電変換素子５１Ｂは、側面Ｆ３Ｂを透過した第２円偏光Ｉ２を受光し、発電する。
また、第２光電変換素子５２Ｃは、側面Ｆ３Ｂの近傍で第１主面Ｆ１Ｂを透過したｐ偏光を受光し、発電する。さらに、第２光電変換素子５２Ｄは、側面Ｆ３Ｂの近傍で第２主面Ｆ２Ｂを透過したｐ偏光を受光し、発電する。
また、第２光電変換素子５２Ｃは、側面Ｆ３Ｂの近傍で第１主面Ｆ１Ｂを透過したｐ偏光を受光し、発電する。さらに、第２光電変換素子５２Ｄは、側面Ｆ３Ｂの近傍で第２主面Ｆ２Ｂを透過したｐ偏光を受光し、発電する。
【0085】
なお、図１０に示す第２光電変換素子５２Ａ、５２Ｂ、５２Ｃ、５２Ｄは、実施形態２で説明した波長変換層６０に置換されてもよい。
【0086】
以上説明したように、本実施形態によれば、光の利用効率を向上することが可能な太陽電池装置を提供することができる。
【0087】
なお、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これらの新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【0088】
１００…太陽電池装置
１…光導波部 Ｆ１…第１主面 Ｆ２…第２主面 Ｆ３…側面
３…光学素子 ３Ａ…第１層 ３Ｂ…第２層
３１１…螺旋状構造体（コレステリック液晶） ３２１…反射面
５１…第１光電変換素子 Ａ１０…ｐｉｎ層
５２…第２光電変換素子 Ａ２０…活性層
６０…波長変換層 ７０…薄膜
４０…フレーム
１…光導波部 Ｆ１…第１主面 Ｆ２…第２主面 Ｆ３…側面
３…光学素子 ３Ａ…第１層 ３Ｂ…第２層
３１１…螺旋状構造体（コレステリック液晶） ３２１…反射面
５１…第１光電変換素子 Ａ１０…ｐｉｎ層
５２…第２光電変換素子 Ａ２０…活性層
６０…波長変換層 ７０…薄膜
４０…フレーム
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】